第66章 冶金研究，常用金属(1/1)

首发：~第66章 冶金研究，常用金属

冶金研究部由宋应星兼任部长，进行铅、锌、锡、铜、镍、铬、锰、铝、钠、锑等常用金属以及不锈钢、高锰钢、铝合金、磁铁、工具钢等合金的研究。

铅、锌、锡、铜、镍是明代已经普及使用的金属。

铅具有熔点低、耐蚀性高、塑性好等优点，常被加工成板材和管材，广泛用于化工、电缆、蓄电池等方面。

锌具有耐腐蚀性、机械性能和导电性等特性，广泛应用于钢铁、冶金、机械、电气、电池、化工、轻工、军事和医药等领域。

锡是一种低熔点过渡金属，被称为“工业味精”，广泛应用于电子、电器、化工、冶金、建材、机械、食品包装等行业。

西汉时期，中国人已经将锌溶解到铜中冶炼制取合金黄铜，将镍溶解到铜中冶炼制取合金白铜。

明代以后，随着锌冶炼技术的成熟，黄铜铸币成为主流，黄铜制品工艺精良。黄铜具有优良的铸造性能、耐腐蚀性和美观的金色光泽，被广泛应用于制造工具、器皿以及货币等。

金属镍在铁合金和不锈钢的制造中扮演着重要的角色。在钢里融入铬、镍以及其他一些金属可制成合金不锈钢。

不生锈的特性主要来源于合金中铬的成分，铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜。

铬是一种蓝灰色、非常耀眼光泽的坚硬金属。铬以铬铁矿的形式存在。铬主要用于不锈钢、电镀和金属陶瓷等。1797年，沃克兰发现了氧化铬。

铬铁矿在熔融的碱中用空气氧化，可以生成铬酸钠。铬酸钠用水萃取、沉淀，并用石墨还原，可以得到氧化铬。用铝或硅还原氧化铬，可以得到金属铬。

锰的利用历史十分悠久，中国古代对锰的使用可以追溯到仰韶文化时期,当时的人们使用软锰矿作为陶器着色颜料。战国时期的铁箭，也发现了锰的身影。

虽然软锰矿很早就被人们所利用，但直到1774年，才由瑞典科学家甘恩从软锰矿中还原出了金属锰。

经过各国冶金学家几十年不懈努力，1875年以后，欧洲各国开始用高炉生产锰铁。1890年用电炉生产锰铁，1898年用铝热法生产金属锰，1939年开始用电解法生产金属锰。

锰主要用于钢铁工业，制造锰铁合金，以提高钢的强度、硬度、弹性极限、耐磨性和耐腐蚀性等。加入13以上的锰，制成的高锰钢既坚硬又富有韧性。

高锰钢因其高硬度、耐磨性和抗压性，广泛应用于采石、采矿、采煤、挖掘、建筑、铸造、钢铁、交通等行业，制造机械零件、机械设备等。军事上可制造钢盔、装甲等。

铝为银白色轻金属，是地壳中含量最丰富的金属元素。

人类很早就已经使用含铝化合物的黏土制成陶器。但是由于铝化合物的氧化性很弱，铝不易从其化合物中被还原出来，因而迟迟不能分离出金属铝。

1746年，德国人波特从明矾中制得氧化铝。1854年，法国人德维尔用钠作为还原剂生产出金属铝。在以后的一段时期里，铝是帝王贵族们享用的珍宝，当时铝的价格接近黄金。

1886年，将氧化铝溶解在冰晶石中电解的方法发明，奠定了世界电解铝的工业方法。铝得以大规模生产，铝的价格发生了成千倍的跌落。21世纪，铝及铝合金因经济适用，成为人类应用的仅次于钢材的第二大金属。

以铝为基添加锰、铜、锌、镁、硅等金属冶炼的合金称为铝合金。铝合金具有较高的强度、良好的铸造性能、导电导热性能、耐蚀性和可焊性，广泛应用于建筑、航空、汽车、机电、输电、轻化和日用品中。

铝锅是一种轻便、耐用、加热快、导热均匀、不生锈的锅。20世纪在广大农村流行的锑锅实质上是铝锅。不合格的铝锅或不当使用铝制炊具，在使用过程中会产生铝元素与食物混合，人体摄入铝元素对身体有害。

钠以盐的形式广泛的分布于陆地和海洋中，能与水反应生成氢氧化钠，放出氢气。19世纪，英国化学家汉弗里·戴维通过电解熔融碳酸钠获得金属钠。

金属钠具有很低的密度、硬度和熔点，具有较好的导磁性、导电性。广泛应用于还原剂、化工、冶金、陶瓷、玻璃、食品、制药、橡胶、皮革、印染等行业。

锑是一种重要的化工原料，具有半导体特性、耐磨性、阻燃性，广泛应用于医药、化工、电子、电池、合金、子弹、玻璃等方面 。

1604年，德国人瓦伦廷发现了锑与硫化锑的提取方法。18世纪开始采用焙烧还原法炼锑。1896年人们制出电解锑。1930年以后，锑矿鼓风炉熔炼法成为生产金属锑的重要方法。

磁铁分为永久磁铁与非永久磁铁。永久磁铁可以是天然磁石，也可以由人工制造。中国人最早发现及使用天然磁石，制作的指南针是中国四大发明之一。

非永久性磁铁只有在某些条件下才会出现磁性。1822年，法国物理学家发现，当电流通过其中有铁块的绕线时，它能使绕线中的铁块磁化，电磁铁原理被发现。

工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。在金属加工领域，工具钢具有不可替代的作用。

工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。按用途可分为制造车刀、铣刀、刨刀、钻头等的刃具钢；制造冲模、锻模、压铸模等的模具钢；制造直尺、卡尺等的量具钢。

碳素工具钢具有较高的硬度和耐磨性，适用于制造简单的工具和模具。合金工具钢则在碳素工具钢的基础上添加了铬、钒等合金元素，适用于制造高级的切削工具和模具。

钒在自然界中主要存在于绿硫钒矿和钒铅矿中。1867年，英国化学家罗斯科通过用氢气还原二氧化钒，得到金属钒。

钒有“化学面包”之称，在钢中加入百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒。广泛应用于冶金、航空、汽车、铁路、电子、国防等方面。

高速工具钢添加了钼、铝等合金元素，主要用于制造高效率的切削刀具，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧。

钼具有高强度、高硬度、机械性能优异的特点。掺入钼的合金钢具有高强度、高韧性、突出的耐热强度和抗腐蚀性能。广泛应用于冶金和电子管、晶体管、整流器等电子器件方面。

1782年，瑞典人用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧，从辉钼矿中分离出金属钼。

轴承是机械设备中一种重要的零部件，轴承钢的硬度决定轴承的质量。

17世纪末，英国人瓦洛设计制造出球轴承，并安装在邮车上试用。1760年，钟表匠约翰·哈里逊发明滚动轴承，成为最早投入实用的轴承。

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。1776年，使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤问世。

工具钢的生产过程包括炼钢、锻造、退火、淬火和回火等工序。在炼钢过程中，通过控制化学成分和冶炼方法，得到具有特定性能的钢水。

在锻造过程中，将钢水倒入模具中成型，得到所需形状的钢坯。退火过程是将钢坯加热到一定温度，然后缓慢冷却，以消除内应力，提高塑性和韧性。

淬火是将钢坯加热到临界温度以上，然后迅速冷却，以增加硬度和耐磨性。回火是将淬火后的钢坯再次加热到一定温度，以降低内应力，提高韧性，并获得所需的物理机械性能。